Неуравновешенные моторы — кому они нужны?

07.06.2012 в Без рубрики 17 561 74

Зачем нужны всякие 2-х, 3-х, 4-х цилиндровые, которые от природы «трясет», когда есть другие – самоуравновешенные? Именно такой вопрос задает на форуме наш читатель.

Вопрос известный, но почему-то часто вызывает дискуссии. Чтобы разобраться в причинах неуравновешенности отдельных представителей ДВС, обратимся к маститому гуру, посвятившему двигателям всю жизнь. Слово имеет сотрудник Санкт-Петербургского Политехнического Университета, замзавкафедры ДВС, к.т.н., доцент, автор 150 научных трудов, 8 монографий и учебников, постоянный автор ЗР Александр Шабанов.

 

Двигатель внутреннего сгорания – это набор движущихся деталей, причем деталей массивных. И движение это происходит с переменной скоростью – значит, возникают ускорения. А дальше, вспомним незабвенного нашего Исаака Ньютона и его второй закон – масса на ускорение дает силу — силу инерции. Для мотора таких сил несколько – это силы инерции «поступательно движущихся масс», поршней, и всего, что на них навешено. И силы инерции неуравновешенных вращающихся масс – это шейки коленчатого вала и всего, что к ним прицеплено.

Если есть сила, и есть плечо, к которой она приложена – значит, есть и момент этой силы. Причем, силы эти разнонаправлены, их вектора крутятся с разными скоростями.

Как силы и моменты определяются, как складываются – зависит от конструкции двигателя, количества цилиндров, блоков, угла развала этих блоков, порядка работы цилиндров, оборотов коленчатого вала. Это целая большая теория, описанию которой посвящены толстые книги и учебники. Кому интересно – может их почитать!

А нам важно то, что эти силы и моменты передаются на опоры двигателя, и через них – на кузов автомобиля. И трясут и нервируют нашу душу.

Как уменьшить эти нерадостные последствия работы мотора? Силы и моменты можно сложить (с учетом их направления- то есть векторно), причем так, чтобы они взаимно уничтожили друг друга. Если такое удается, двигатель называется полностью самоуравновешенным.

С точки зрения теории двигателя, это означает, что для него выполнены все признаки самоуравновешенности. Это равенство нулю суммарных сил инерции поступательно-движущихся масс (причем вызываемых ускорением с частотой, равной  частоте вращения коленчатого вала двигателя и удвоенной частоте вращения – так называемым силам инерции первого и второго порядка),  и  суммарных центробежных сил. К ним добавляются моменты этих сил, действующие относительно середины коленчатого вала в плоскости оси коленчатого вала. Итого – шесть признаков.

Беда в том, что автоматически все эти признаки удовлетворяются только для очень небольшого количества вариантов конструкции двигателя. Так, полностью самоуравновешен только шестицилиндровый рядный двигатель. И все то, что получается на его основе – например, V-образный 12-тицилиндровый мотор.

Одноцилиндровый двигатель неуравновешен по всем силам (то есть по трем признакам), а моментов там не возникает – ось приложения сил совпадает с осью двигателя. Кому приходилось таскать мотоблок или мотокультиватор, это хорошо чувствовали на своих руках, которые хотят оторваться через час-другой работы…

Самая большая беда – у двухцилиндровых моторов, там неуравновешенны и часть сил инерции, которые второго порядка, и часть моментов. Трехцилиндровый двигатель полностью уравновешен по силам, и столь же полностью неуравновешен по их моментам.

Рядная четверка – более-менее благополучна, там остаются только сравнительно небольшие для высокооборотных моторов силы инерции второго порядка, остальные силы и все моменты самоликвидируются.  И так далее – рассматривать эти варианты можно бесконечно…

Конечно, полностью самоуравновешенный двигатель – это хорошо, но что делать, если его никуда не впихнуть? Тогда идут на конструктивные хитрости. Так, неуравновешенные моменты можно убрать с помощью специальных дисбалансов маховиков или дополнительных противовесов коленчатого вала. Для ликвидации сил инерции первого и второго порядка можно использовать специальные уравновешивающие механизмы, которые приводятся от коленчатого вала и крутятся либо с его скоростью (механизмы первого порядка), либо с удвоенной частотой вращения (второго порядка).

«Четверку» рядную уравновешивают очень редко, обычно неуравновешенные силы поручают опорам двигателя. А вот для полной уравновешенности рядной «трешки» все сложнее – там и дисбалансы, и дополнительные выносные противовесы, и уравновешивающие механизмы, причем и первого, и второго порядка, необходимы.

Но чего не сделаешь ради комфорта?

 

74 ответа на Неуравновешенные моторы — кому они нужны?

  1. Короче, самоуравновешенный двигатель обязан иметь в своем «досье» шесть ноликов! Если хоть на один меньше —увы.

    • Именно так, Михаил Владимирович! Но не надо путать «уравновешенный» и «самоуравновешенный». В самоуравновешенном двигателе не надо ничего — из-за своей конструкции он сам не трясется, извините за вульгаризм. А уравновешенный — это там, где все шесть признаков выполнены, пусть даже путем использования всяких хитрых приспособ. В принципе, любой мотор можно уравновесить, только достигается это, зачастую, непросто. И все это — дополнительные валы, подшипники, шестренки — стало быть, снижение надежности, увеличение габарита, шума и т.п.

      • Да, мессир! Хотя, как казалось лично мне, когда обсуждается проблема уравновешенности, то в первую очередь имеется в виду исходная конструкция без всяких дополнительных валов и т.п.

        • Михаил Владимирович! А вам, как потребителю, не все равно, чем достигнута уравновешенность мотора? Мне лично, как ездоку со стажем, важно, чтобы меня не трясло на холостых. А скоко там цилиндров, какие массы противовесов заделаны, есть ли механизм уравновешивания — это мне как-то по барабану! Исходная постановка вопроса была малость некорректна — сейчас в серии неуравновешенные моторы — разве что на газонокосилках и живопырки на транцах маленьких лодчонок. А в автомобилях, даже отечественных, уравновешенность обеспечивается по-максимуму. Примеры приводил выше — оставляют неуравновешенным только то, что можно легко поглотить реакцией опор мотора. Потому ответ на вопрос заголовка простой — НИКОМУ! И они неуравновешиваются только там, где это ни по экономическим, ни по техническим соображениям нецелесообразно. Можно уравновесить одноцилиндровый моторчик бензопилы, по поднимать ее тогда надо будет вдвоем — масса возрастет значительно. А потому — зачем? Если пилить приходится по полчаса два раза в год. Ради массы и стоимости можно болящими ручками пренебречь.
          Во как, еще одна статья получилась!

          • Как потребителю — все равно! Но мы-то в теорию полезли! Впрочем, мы же об одном и том же говорим: изначально всякие 3-х цилиндровики неуравновешены на 50%! А уж как их вылизывают и чем обвешивают, чтобы можно было на практике использовать — вопрос другой: кто ж с ним спорит-то? После таких доработок любой движок «нолики» во всех графах может получить. Как неумещий плавать, на которого спасательный жилет натянули.
            Кстати, как насчет пяти цилиндров «Вольво»?

          • А по поводу 5-ти цилиндров я уже ответил — смотрите ниже.

          • Почему то все, в том числе и уважаемый «гуру» зациклились неуравновешенностях ДВС, в смысле устранения вибраций ДВС и, соответственно, самого автомобиля. Однако, дополнительно, никто не обмолвился о том, что все неуравновешенные силы должны компенсироваться подшипниками и, следовательно, их наработкой до отказа, т.е. ресурсом. Я не знаю, кто стоит во главе принятия компоновочных решений выпускаемых автомобилей, может быть только дизайнер. Из каких то своих, дизайнерских соображений, он укоротил моторный отсек и поставил двигателистов перед фактом: изобретайте трёх или пятицилиндровый двигатель, лишь бы влез и плевать ему на тяговый расчёт, взаимозаменяемость и переделки техпроцессов.

          • в изделиях наше прома! много косяков и пока это покупают завод ни че менять не будет на газе и вазе тому пример вместо до ума доведенности конструкции они ставят на конвеер заведомо худшие и устаревшие модели как рено логан или газ сайбер сайбер перестали выпускать визде и почему то на газе решили что у нас такая машина нужна! а логан отказались даже турки выпускать! устарела старая французская конструкция! почему то на вазе решили что у нас это будет чем то новым! тут последняя модель тоеты ни кого не впечатляет и новое то в ней только название да материал салона а тут хотят чтобы с плохой сборкой и полным отсутствием качества и морально устаревшей конструкцией от которой отказались даже в тех странах где нет ни каких норм! хотят чтобы покупали авто хлам а стимулируют это ограничивая выбор поднятием запредельно пошлин и плучается что или езди дрыгайся на новой развалюхе и не вылазь из под нее или оплачивай аппетиты чиновников и езди на хорошей машине!

          • Смешно :)
            Сами задаете вопрос, сами отвечаете, а потом сами опровергаете свой ответ 😉
            Пишите же — » Можно уравновесить одноцилиндровый моторчик бензопилы, по поднимать ее тогда надо будет вдвоем — масса возрастет значительно»
            Если у вас под капотом рядная шестерка, то у вас масса двигателя — это только этот двигатель.
            Если у вас три «горшка», то плюсом к массе уже идут всякие «обвесы». А это и на ресурсе двигателя сказывается.
            Так что мне, как потребителю, лучше иметь под капотом рядную шестрерку. Ну или оппозит, как вариант.

        • Reading this makes my decisions easier than taikng candy from a baby.

      • Здравствуйте Александр,

        Подскажите , пожалуйста, а если в двухцилиндровом двигателе для каждого цилиндра сделать отдельный коленвал и посредством зубчатого синхронизатора заставить их вращаться синхронно , но в противоположные стороны. Будет ли в этом случае двигатель уравновешенным

        С уважением,
        Анатолий

        • Потревожил Профессора: вот его мнение:
          Aush 8:08
          Если еще и цилиндры развернуть на 180 град, то есть применить оппозитную схему.

          • А если не разворачивать и оставить в виде рядной двойки, то насколько уравновешенным будет такой вариант по сравнению , например , с рядной четверкой ?

          • Aush 13:05
            Первый порядок по силам останется неуравновешенным.

          • Очень жаль….А если применить оппозитную схему то уравновешенность будет лучше чем у рядной четвёрки , или хуже ?

  2. Ух ты. Как всё запущено, оказывается…
    А кто там недавно обещался трёхцилиндровые двигатели в массы запустить, Форд вроде бы?

  3. Почему-то ответа на вопрос заголовка не было.

    А нужны неуравновешенные моторы — производителям машин.
    Эти моторы и дешевле выпускать, и проще впихивать под капоты всего подряд.

  4. Ну, покупать машину с такими двигателями, наверное, тоже дешевле…

  5. Неуравновешенные моторы никому не нужны! Ни производителю — такой никто не купит, ни потребителю — уж он точно его не купит. Поэтому стараются на стадии проектирования и потом доработки мотора свести всякие вибрации к минимуму. Иногда неплохо получается!

    • О чем это вы?
      Как видим, продаются в основном неуравновешенные моторы без продвинутых систем уравновешивания.

  6. даешь элетромобиль ! и все============= ок

  7. Добрый вечер! Спасибо, Александр, за столь интересную информацию… Меня очень интересует, как ни странно, пятицилиндровый двигатель Хаммера 3. Что, интересно, заставило инженеров обращаться к такой компановке???
    Кстати, очень не оюблю звук рядной четвёрки… Её свист глушу музыкой, вентилятором… Открытым люком… Только бы не слышать этот беспомощный сип, страдающего тахикардией…

    • Виталий, пятицилиндровые моторы — необходимость, определяемая компоновкой подмоторного отсека при условии требований достижения заданной мощности и моментной характеристки. Да еще при условии максимальной унификации с моторами меньшей (или большей) мощности. Ведь главная головная боль любого серийного производства — это переход на другой размер деталей.
      Возвращаясь к теме статьи, с точки зрения уравновешенности эти моторы сложные — требуются двухвальные уравновешивающие механизмы первого и второго порядка. Но для столь серьезной машины — это не проблема, как понимаю.

  8. Насколько я знаю, та же «Вольво» потихоньку откажется от своих любимых 5-цилиндровых, и уж подавно от 6 и 8. И будут всюду 3 — 4 цилиндра. Честно говоря, грустно.

  9. В учебниках по ДВС пишут, что минимум цилиндров для равномерной работы ДВС-6, у рядных шестерок при этом элементарно больше опорных шеек коленвала (7 кажется ). Отсюда и ресурс.
    А вопрос темы действительно не корректен.
    Производитель в любом случае будет реализовывать какие-нибудь мероприятия по снижению вибраций. Какая нам разница какие именно( важнее результат).
    Маленькие двигатели просто дешевле, легче, даунсайзинг и наддув позволяют снимать вполне приличные характеристики с маленького объема при хорошей экономичности. Не знаю правда как с приемистостью. Мне лично многолитровые атмосферники больше по душе (проще и надежнее).
    Хочу задать вопрос другой.
    Какая схема имеет наибольший ресурс (при том что движки-то практически одноразовые — ремонтные размеры не проектируют).
    И влияет ли расположение ДВС (в базе, в переднем свесе и.т.д.) на вибрации и ресурс. Какой вариант эффективнее-долговечнее.
    Как ведут себя при этом ДВС имеющий цикл Аткинсона, (Стирлинга) и.т.д.

    • По первому вопросу — все просто, чем выше уравновешенность, тем меньше динамические нагрузки на детали КШМ, опоры двигателя, значит — выше ресурс. Кроме того, любой уравновешивающий механизм — дополнительные детали, склонные к износу и отказу, поэтому их появление в конструкции не повышает надежность силового агрегата.
      По второму — расположение агрегата в целом на ресурс влиять не должно. Тут, скорее, надо подходить со стороны надежности трансмиссии. И тут тот же принцип — чем меньше дополнительных узлов и агрегатов, тем выше надежность. Правильно кто-то сказал добрые слова про старые большие атмосферники, имеющие огромные ресурсы.
      По поводу Стирлингов и прочих ухищрений ничего сказать не могу, не моя тема. Их компоновочные схемы надо рассматривать отдельно.

  10. Неуравновешенные моторы нужны!!!
    Например, компания Yamaha несколько лет назад на серийном спортбайке YZF-R1 c мотором R4, изменила порядок зажигания в цилиндрах, сделав промежутки времени между вспышками неравномерными. Для этого потребовалось изготовить «кривой» в виде звезды коленчатый вал и применить дополнительный балансировочный вал.
    Спрашивается — Для чего это было сделано?
    Для лучшего контроля за мотоциклом и большего ускорения на выходе из поворотов! Т.к. в момент большого промежутка между вспышками у ведущего колеса больше шансов восстановить сцепление с дорогой если оно начало пробуксовывать. А еще у такого мотора красивый звук, похожий на v-образные моторы.

    • В указанном вами случае речь шла не о добавлении неуравновешенности, а о сознательном введении неравномерности рабочих тактов.
      Это давало нужные паузы в тяге и способствовало стабилизации заднего колеса.

  11. Есть тут высказывания,о том не все ли равно как достигается уравновешенность. Все это от лукавого.
    Балансирные валы используются давно и как правило совмещены с маслянным насосом. К примеру, оригинал масляный насос без балансирных валов на ауди 1.8т стоит порядка 8 т.р., а вот уже с балансирными валами на 2.0 тфси стоит оригинал порядка 40 тысяч рублей. Сейчас модно удлинять меж сервисные интервалы. А чем реже замена масла, тем сильнее зашлаковывается ДВС. После таких удлиненных меж сервисных интервалов к 7-9 годам автомобиля (в зависимости от интенсивности эксплуатации) а то и ранее требуется замена масляного насоса. Одно дело 8 рублей, а другое дело 40. Я думаю не все равно будет любому обывателю сколько заплатить. :) Так что мое личное мнение в том что чем двигатель изначально проще, тем он будет дешевле в эксплуатации и с значительно большим сроком службы, а так гораздо ремонтно пригоднее.
    Вот конечно 6ть горшков это тоже не вариант, в плане экономичности, но раньше 4 цилиндра мотор, хорошо настроенный никаких ощутимых вибрации не для обывателя не давал, а все эти технологии, это уже перебор. Пора уже те усилия которые вкладываются в доработку современных ДВС направлять в другое русло и искать по настоящему эффективную замену ДВС.

    • 3 горшка, какими бы их не сделали, по факту даже с включенным кондиционером мотор тухнет. А все ухищрения 3мя цилиндрами по факту
      делают такие моторы крайне не ремонтно пригодными, с очень маленьким ресурсом. К примеру 3 цилиндровый дизель от ФВ, по технологии даже бугеля нельзя откручивать. Т.е. фактически, двигатель не имеет ни одного ремнтного размера ни поршневой ни коленно-шатунной группы.

    • Тем временем производители заняты преимущественно удешевлением производства.
      Конкуренция становится всё забористее, особенно ценовая.
      Чтобы продавать — надо предложить дешевле.
      Чтобы предложить дешевле и не прогореть — надо экономить в производстве.

  12. Очень давно, на первой лекции по теоретической механике, преподаватель сказал нам, первокурсникам, следующее: «Некоторые думают, «крутится»- значит «вращается». Я не придираюсь к словам, но всё же, коленвал вращается или же крутится?

  13. Неуравновешенные нужны производителям. Кому это еще не ясно?

    Если бы бились за ваше счастье — только шести- и двенадцатицилиндровые выпускали бы.

    А бьются за прибыль.
    Оттого и штампуют четверки и даже тройки. Они дешевле в производстве.
    И их за разумные деньги нормально уравновесить невозможно, да и делать этого нормально никто не станет, невыгодно..

  14. Прекрасная теория,но всё сводится к банальному:противовесы на коленвале, на нём же гаситель крутильных колебаний, мощный ( см. тяжелый) маховик. Все это вместе балансируется и точка.

    • Гаситель крутильных колебаний на уравновешенность мотора не влияет — как следует из его названия, он «гасит крутильные колебания». Это — совсем другая песня. А тяжелый маховик сглаживает неравномерность крутящего момента, тоже не имеющего отношения к уравновешенности.

  15. вот и выходит что рядный движок не всегда идеален есть схемы и другие Vобразные оппозиты двойные оппозиты звезды и еще есть интерресная схема где два коленвала гоняют на встречу друг другу в одном цилиндре два поршня схем много но вот по чему у нас на вазе и газе и уазе не делают хороших движков не понятно или опять криворукие конструкторы двоечники ждут бабла за просто так делая движки по схеме и конструкции начала позапрошлого века

  16. почему то у нас принято считать движки четверки хорошими они не хорошие они всеголишь совпадают с тактами движка 4 такта 4 цилиндра (дисбаланс растянут вдоль движка!) а вот шесть цилиндров работают мягче хоть это и те же три цилиндра но в пробелах между работой цилиндров его заполняют работа других 8цилиндров еще мягче чем 6 таже четверка но промежутки такта работы заполняются другими цилиндрами и 12 цилиндров трудно заставить вибрировать это двойная шестерка

  17. опозиты субару какого типа?

  18. С трехцилиндровым барахлом все ясно. Ничего хорошего в них нет, но делать будут именно их — вот и все. Потому что это выгодно. А мы будем на них ездить, потому что ничего другого не будет. Между прочим, ситуация похожа на сам журнал ЗР. Не печатает ничего хорошего, отдает свои страницы не доцентам, а блондинкам и прочим, не отличающим лендровер от рейджровера, однако считает себя лучшим. Но он, в отличие от автопрома, доиграется: чиателей он растеряет полностью! А мы уйдем сюда. Впрочем, вдруг и отсюда доцентов» попросят» удалиться? Дорогу мужикам в туфельках и блондинкам, не желающим ездить на электрокарах!

  19. Тема 5 цилиндровых двигателей не раскрыта, напишите чтонить про G20a/g25a HONDA

  20. Почему в статье и дискуссии забыты основные на рынке уравновешенные шестерки V6? От рядных R4 на прежних машинах всегда ощущал вибрацию, а у моей первой машины с V6 (G6EA) двигатель работает без вибраций.

    • Купил мой друган — Рено Логан. Новье.
      Стоим курим. Зима, тишина на стоянке.
      А у тебя говорит двигло потише будет.
      Да лано-о-о-о…
      Послушали — действительно потише.
      6g72 реально лучше чем реновская четверка. все таки v-6.
      Но тяжелее раза в 2.
      И дороже наверное в три.
      Но теория говорит что 6 в ряд еще круче.
      Только что то их на рынке нет ( шевролетка Эпика только и наверное все).
      Длинная и тяжелая.
      Так что вы правы, 6 всегда лучше чем 4.

  21. По моему ветка ушла от темы. Уже и журнал обгадили.
    Еще раз. Неуравновешенные моторы никому не нужны. Их просто никто не купит.
    Схемы 6-8-12 — от них никто не отказывается, но ценаа-а-а…
    Массовый сегмент не потянет. а 4 горшка тема исследованая вдоль и поперек.
    Вот и ищут конструкторы резервы в 3-х или 3 + электромотор и прочее.
    Тема в теории вся давно (еще лет 40 назад) уже исследована.
    Все резервы, недостатки, плюсы обоснованы и показаны. Поршни навстречу — редкие схемы есть в танковых двиглах — это отдельная тема.
    Про Аткинсона я спрашивал -это тойота приус. Про электрочасть все понятно, а вот как с ДВС?
    По моему нужно закрыть тему.
    Бабло будет -купим 6 или 8.
    Не будет — возьмем 4 тоже не плохо. Свои 300 тыс. все должно отходить.
    Так что предлагаю закрыть вопрос.

  22. 1,5 года ездил на трехцилиндровой машине.Особых вибраций не заметил.У любой бюджетной машины двигатель шумнее,чем у более дорогой.

  23. You have more useful info than the Britsih had colonies pre-WWII.

  24. Все эти силы инерции, неудачная конструкция — в принципе фигня, так как все нивелируется режимом работы, уходом за самим движком. Марк II с рядной шестеркой какой — нибудь умник — гонщик укатает так, что она заводиться потом не будет, а какая — нибудь конструктивно неудачная Porsche 356 с 4 — ой оппозитом при должном уходе, своевременном мелком ремонте, будет через 60 лет радовать внуков первого владельца.

  25. Да и качество изготовления отдельных деталей — тоже не последнее дело.

  26. А вот теперь пожалуйста поподробнее про пятицилиндровые двигатели. Мои любимые)) Просто обожаю звук их выхлопа. Читал в некоторых статьях про то что они уравновешены по силам инерции 1 и 2 порядка, но не уравновешены по моментам от этих сил. А как это ощущается? Двигатель трясёт или как? Моменты инерции вообще как-нибудь снизить можно? Мне просто загорелась идея про рядную 5, четырёхтактную, но с оговоркой — блок цилиндров будет «лежать» на боку как у мотоцикла bmw k100.

  27. Вибрация от 4х цилиндров на легковом не чувствуется.Зато на тракторном дизеле — очень даже не плохо.Особенно Д-160.V образный 8ми цилиндровый с углом развала 90гр. при наличии двух противовесов — на шкиве и маховике можно считать полностью уравновешенным — не хуже рядной шестерки.А вот есть ещё рядная шестерка двухтактная — Яаз 206 — так он неуравновешенный!Чтоб он стал уравновешенным имеются два вала с вращающимися валами навстречу для компенсации моментов инерции первого порядка.Так что полностью уравновешена ЧЕТЫРЕХТАКТНАЯ рядная шестёрка с равными промежутками воспламенения,а 2х тактная — нет.

Прокомментировать

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *